JP5945716B2 - 発熱体収納装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換装置とそれを用いた発熱体収納装置に関するものである。

例えば、携帯電話の基地局は、数十アンペア以上の電流が流れることから、ある点では発熱体とも表現される。つまり、冷却をすることがその動作を安定化させるためには極めて重要なものとなる。このような携帯電話の基地局に用いる冷却装置として次のような構成のものが知られている。

この冷却装置は、電子式クーラを使用して、キャビネット内部を冷却する装置である。キャビネット内部には、発熱体となる送・受信機が設けられている。そして、冷却装置として、キャビネット内部に吸熱フィンを、キャビネット外部に放熱フィンをそれぞれ配設している。放熱フィンにはペルチェ効果を利用した電子冷却素子の発熱面を接合し、吸熱フィンにはペルチェ効果を利用した電子冷却素子の吸熱面を接合している。この構造により、キャビネット内部を密封しつつ、キャビネット内部を冷却することを可能としている（特許文献１）。

特開２００５−１５５９８３号公報

上記従来の冷却装置においては、送・受信機から発生する熱を全て電子冷却素子の働きによって冷却する構成であるので、冷却装置の負荷が大きく、大きな消費エネルギーが必要である、という課題がある。

そこで、本発明は、キャビネット外の空気とキャビネット内の空気の熱交換による冷却装置と電子式クーラとを併用して、効率よく、かつ、消費エネルギーの少ない冷却装置を提供することを目的とするものである。

そして、この目的を達成する為に本発明は、
内部に発熱体を収納したキャビネットと、
このキャビネット内の空気を冷却する冷却装置とで構成された発熱体収納装置であって、
前記冷却装置は、
冷凍サイクルあるいはペルチェ効果を利用した第１の冷却装置と、
キャビネット外の空気（以降、外気）と熱交換することによってキャビネット内の空気（以降、内気）を冷却する第２の冷却装置とで構成され、
第１の冷却装置は、冷風が前記発熱体に直接当たるように吹出口を配置し、
第２の冷却装置は、
前記発熱体の周囲を通過した暖められた空気を吸い込み、
外気と熱交換して冷却した空気を第１の冷却装置の吸込口に向けて吹き出すようにした発熱体収納装置である。これにより、所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、第１の冷却装置は、冷風が前記発熱体に直接当たるように吹出口を配置し、第２の冷却装置は、前記発熱体の周囲を通過した暖められた空気を吸い込み、外気と熱交換して冷却した空気を第１の冷却装置の吸込口に向けて吹き出すようにしたものであるので、第１の冷却装置の負荷を減らして、吹出す空気の温度を低温にすることができる。そして、低温の冷却空気を発熱体にあてることで、少ない消費エネルギーで効率的に冷却できるものである。

本発明の一実施形態の発熱体収納装置の設置例を示す斜視図 同発熱体収納装置の外観斜視図 同発熱体収納装置の透視斜視図 同発熱体収納装置の平面断面図 同発熱体収納装置の側面断面図 同空気式冷却装置の斜視図 本発明の第２の実施形態の発熱体収納装置の外観斜視図 同発熱体収納装置の透視斜視図 同発熱体収納装置の側面断面図 同発熱体収納装置の別の形態の外観斜視図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、ビルディング１の屋上には、携帯電話の基地局である発熱体収納装置２が設けられている。基地局は箱状のキャビネット３とこのキャビネット３内に設けた図３に示す内部機器９とキャビネット３の外側面に第１冷却装置として冷凍サイクルを用いた空調機６、第２冷却装置として空気式冷却装置７が設けられている。内部機器９としては、送信機、受信機のほかに、電源設備などが含まれる。空調機６と空気式冷却装置７は、図２に示すように、キャビネット３の対向する側面に設けられ、この側面は、キャビネットドア５として開放可能に設けられている。

図３〜図５を用いて、この発熱体収納装置２の構造を説明する。

図３は、発熱体収納装置２の部分透視図となっている。発熱体となる内部機器９は、キャビネット３内において、内部仕切板８に側面を挟まれて、前面と背面を開放して設けられている。内部機器９の前面は、空調機６と正対し、背面は、空気式冷却装置７と正対している。

図５に示すように、空調機６は、冷媒を封入した冷凍サイクルを利用したヒートポンプ方式の空気調和装置である。空調機６の内部には、蒸発器２９、凝縮器３０、圧縮機３１、内気ファン２７、外気ファン２８を備えている。すなわち、空調機６は、良く知られた空気調和装置と同様、蒸発器２９において、液状態の冷媒が蒸発するときに奪う潜熱を利用して空気を冷却するものである。奪った熱は、凝縮器３０において外気空気を通過させて外部へ排熱する。

空気式冷却装置７は、内部に伝熱板を積層した熱交換器２３、内気ファン２５、外気ファン２４を備えている。熱交換器２３は、詳細には図示しないが、伝熱板の間を交互に（冷たい）外気、（温かい）内気を通過させることによって、外気と内気間の熱交換を行って、内気の冷却を行なうものである。

図４に示すように、空調機６は、ＳＡ領域１０、すなわち、正面の内部機器９に向けて冷却した空気を吹き出すようにしている。一方、空気式冷却装置７は、内部機器９を通過した熱い空気を吸い込んで、外気との熱交換によって冷却する。冷却した空気は、内部仕切板８とキャビネット３内壁との間（ＲＡ領域１１）に吹き出す。

図５に示すように、空調機６には、内部機器９と正対した面の下方に内気吹出口Ａ１２が設けられている。そして、空調機６の内気吸込口Ａ１３は、内部機器９と正対した面の上方に設けられている。

一方、図５、図６に示すように、空気式冷却装置７には、内部機器９と正対した面の上方に内気吸込口Ｂ１４が設けられている。そして、空気式冷却装置７の内気吹出口Ｂ１５は、内部機器９と正対した面の下方に設けられている。内気吹出口Ｂ１５から吹き出す空気は、図４で示すとおり、内部仕切板８とキャビネット３の内壁面との間の空間（ＲＡ領域１１）に向けて吹き出される。このように吹き出すために、吹出ルーバー１７は、中央部分を境にして側方に（空気式冷却装置７から離れる方向に）吹き出すように向けている。すなわち、吹出し空気は、内気吹出口Ｂ１５からキャビネット３の側面側に二手に分かれるようにして吹き出すのである。

このような構成によれば、内部機器９で暖められた内気は、まず、空気式冷却装置７に吸い込まれて、外気と熱交換して冷却される。冷却された空気は、内部機器９を設けた領域を通過せず、キャビネット３の側面寄り（ＲＡ領域１１）を通って空調機６に吸い込まれる。ＲＡ領域１１は、キャビネット３の側面側を下から上まで煙突のように形成されていて、空気式冷却装置７の下部の内気吹出口Ｂ１５から吹き出した空気は、内部仕切板８によって、内部機器９と接触せずに上方へと移動することになる。このＲＡ領域１１の上方まで進んだ空気は、空調機６の内気吸込口Ａ１３に吸い込まれる。すなわち、空調機６に吸い込まれる空気は、空気式冷却装置７によって冷やされた空気なので、空調機６が所定の吹出し温度まで冷却する負荷を軽減することができる。また、空気式冷却装置７が冷たい外気の熱を利用することによって発熱体収納装置２全体の空調負荷が削減されることになる。

さらに、負荷を軽減することによって、確実に冷却して所定の吹出し温度を確保することができる。そのため、内部機器９には所望の温度の空気があたることになるので、確実に冷却できることになる。

また、内部仕切板８は、内気吹出口Ｂ１５付近を切り欠いたような形状（開口３２）になっている。すなわち、上部（内気吸込口Ｂ１４近傍）においては、内部仕切板８は、内部機器９と内気吸込口Ｂ１４とを接続するようにキャビネット３の側面側を覆っている。そのため、内部機器９部分を通過した空気は、確実に空気式冷却装置７の内気吸込口Ｂ１４に吸い込まれる。また、内気吹出口Ｂ１５から吹き出した空気は、内部仕切板８の切り欠いた部分（開口３２）からＲＡ領域１１へと吹き出し、内気吸込口Ａ１３へと吸い込まれるのである。

なお、本実施の形態においては、第１冷却装置として冷凍サイクルを用いたものによって説明したが、他の方式、例えばペルチェ効果を利用した電子式クーラを用いても良い。

また、本実施の形態においては、空調機６を内部機器９の前面側に設けたが、背面側であっても構わない。この場合、空気式冷却装置７は、内部機器９の前面側に配置することになる。

（実施の形態２）
第２の実施の形態について図７〜９を用いて説明する。

第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図７に示すように、第２の実施の形態における発熱体収納装置２ｂは、第１の実施の形態と同様に、キャビネット３の対向する側面をキャビネットドア５とし、このキャビネットドア５に空調機６ｂ、空気式冷却装置７ｂが設けられたものである。

本実施の形態では、図９で示すようにペルチェ冷却素子３４を用いたが、実施の形態１のように冷凍サイクルを利用するものであっても良い。

ここで、図８に示すように、本実施の形態の特徴的な部分は、空気式冷却装置７ｂの内気送風機１６は、キャビネット３の天面付近に設けられていることである。この内気送風機１６は、内気吸込口Ｃ１８を内気送風機１６の下面に設けた遠心型の送風機である。すなわち、回転軸を鉛直方向に配置している。また、内気送風機１６は、空気式冷却装置７ｂ本体とダクト１９で接続されている。

内部仕切板２０は、キャビネット３内を空調機６ｂ側と空気式冷却装置７ｂ側とに分割するように、内部機器９側面に設けられている。この内部仕切板２０は下部に開口２１を設け、空気式冷却装置７ｂから吹き出された空気は、この開口２１を通って空調機６ｂ側へ流入する。

このような構成によれば、内部機器９を冷却した空気は、暖められて上昇して内気送風機１６の内気吸込口Ｃ１８に到達する。すなわち、自然な流れで内気吸込口Ｃ１８に吸い込まれることになり、キャビネット３内にスムーズな空気の流れが形成される。

また、内気送風機１６は、回転軸を鉛直方向に設けて、縦方向に薄型にしているため、キャビネット３の高さを低くすることができている。このため、携帯電話の基地局として設置されるような風の強い高所にも適している。

この実施の形態における空調機６ｂの内気吸込口Ａ１３ｂは、空調機６ｂの下方に設けられている。すなわち、内部仕切板２０の下方の開口２１を通過した空気は、上昇することなく内気吸込口Ａ１３ｂに吸い込まれることになるので、空調機６ｂから吹き出す空気と混合することが少なく、効率的に内部機器９を冷却できる。

なお、本実施の形態では、空調機６ｂ、空気式冷却装置７ｂをキャビネット３の対向する面に設けたが、図１０に示すように、隣接する面に設けても良い。この場合には、空調機６ｂ、空気式冷却装置７ｂが隣接しているので、空気式冷却装置７ｂから吹き出す空気は、短い経路で空調機６ｂに吸い込まれることになる。

以上のように本発明は、第１の冷却装置は、冷風が前記発熱体に直接当たるように吹出口を配置し、第２の冷却装置は、前記発熱体の周囲を通過した暖められた空気を吸い込み、外気と熱交換して冷却した空気を第１の冷却装置の吸込口に向けて吹き出すようにしたものであるので、例えば、設置面積が限られる通信機器の基地局や、その他屋外設置機器における冷却設備としてきわめて有用なものとなる。

１ ビルディング
２ 発熱体収納装置
２ｂ 発熱体収納装置
３ キャビネット
５ キャビネットドア
６ 空調機
６ｂ 空調機
７ 空気式冷却装置
７ｂ 空気式冷却装置
８ 内部仕切板
９ 内部機器
１０ ＳＡ領域
１１ ＲＡ領域
１２ 内気吹出口Ａ
１３ 内気吸込口Ａ
１３ｂ 内気吸込口Ａ
１４ 内気吸込口Ｂ
１５ 内気吹出口Ｂ
１６ 内気送風機
１７ 吹出ルーバー
１８ 内気吸込口Ｃ
１９ ダクト
２０ 内部仕切板
２１ 開口
２３ 熱交換器
２４ 外気ファン
２５ 内気ファン
２７ 内気ファン
２８ 外気ファン
２９ 蒸発器
３０ 凝縮器
３１ 圧縮機
３４ ペルチェ冷却素子

Claims (4)

1. 内部に発熱体を収納したキャビネットと、
   このキャビネット内の空気を冷却する冷却装置とで構成された発熱体収納装置であって、前記冷却装置は、
   冷凍サイクルあるいはペルチェ効果を利用した第１の冷却装置と、
   キャビネット外の空気（以降、外気）と熱交換することによってキャビネット内の空気（以降、内気）を冷却する第２の冷却装置とで構成され、
   第１の冷却装置は、冷風が前記発熱体に直接当たるように吹出口を配置し、
   第２の冷却装置は、
   前記発熱体の周囲を通過した暖められた空気を吸い込み、
   外気と熱交換して冷却した空気を第１の冷却装置の吸込口に向けて吹き出すようにし、前記キャビネット内には、前記発熱体と前記キャビネットの内壁面とを区画する内部仕切板を設け、
   この内部仕切板の前記キャビネット内壁面側を前記第２の冷却装置からの吹出し空気が通風するようにし、
   前記第２の冷却装置は、上方に内気吸込口を、下方に内気吹出口を設け、
   前記内部仕切板の下部に開口を設けた発熱体収納装置。
2. 前記第２の冷却装置の内気吹出口は、吹出し空気が左右に分かれるように吹出しルーバーを設けた請求項１記載の発熱体収納装置。
3. 前記第１の冷却装置は、下部に内気吸込口を設けた請求項１または２記載の発熱体収納装置。
4. 前記第２の冷却装置は、内気の送風に用いる内気送風機を前記キャビネットの天面付近に設け、
   この内気送風機は、下面に内気吸込口を設けた請求項１または２記載の発熱体収納装置。

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